一种智能天线性能测试及优化的方法及装置与流程

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种智能天线性能测试及优化的方法及装置。

背景技术：

随着无线通信技术的发展，越多越多的无线通信系统中引入智能天线技术以提升系统容量、覆盖范围和系统吞吐。

波束赋形是智能天线中的关键技术，通过设置智能天线各阵元上的发射功率权重，形成指向被估计用户的波束。波束赋形技术在扩大覆盖范围、改善边缘吞吐量以及干扰抑止等方面都有很大的优势。而波束赋形的关键是权值的确定，其设置影响到整个智能天线性能。此外，智能天线技术指标有很多，其中天线方向图表征了天线在空间中辐射电磁波的能力，反映了智能天线的性能指标与工作状态。因此，面对复杂的输入参数和限制条件，需要进行各种实地外场测试来评价及调整这些参数的设置。

现有的智能天线评测方法包括以下几种：

1、在理想的微波暗室环境下，搭建远场测试环境，对智能天线的波束赋形图进行性能评估。然而，该方法测试场地要求条件较为严格，目前国内能够满足智能天线测试要求的微波暗室测试场地较少。

2、在外场环境下，固定用户数量、位置或运动轨迹，通过打开和关闭智能天线的波束赋形功能来获取智能天线方向图或赋形增益以评估智能天线性能的优劣。然而，该方法仅仅给出了有波束赋形功能相对于无波束赋形功能智能天线性能的影响。

3、在实验室环境下，通过校准方式解析获取天线各通道的相位信息，测试获得波束赋形的性能。然而，基于实验环境的测试无法得到无法准确得到适用于外场的波束赋形效果及相应的权值。

综上所述，现有的智能天线测试的方法存在测试场地条件要求严格，无法准确得到适用于外场的波束赋形效果及相应的权值的问题，亟需一种针对外场环境，获取智能天线波束赋形效果、调整优化权值的方法。

技术实现要素：

本发明提供一种智能天线性能测试及优化的方法及装置，用以解决现有技术中智能天线测试的过程存在测试场地条件要求严格，无法准确得到适用于外场的波束赋形效果及相应的权值的问题

本发明实施例提供了一种智能天线性能测试及优化的方法，包括：

对安装后的智能天线的各个通道进行校准；

根据所述智能天线的目标性能参数，对所述智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置；

获取测试终端在各测试点接收的测试信号，所述测试点根据所述智能天线的安装位置确定；

根据所述各测试信号得到所述智能天线的实测性能参数；

将所述目标性能参数和所述实测性能参数进行比较分析，根据比较结果调整所述智能天线的各个通道的波束赋形权值，返回获取测试终端在各测试点接收的测试信号的步骤，直至所述实测性能参数与所述目标性能参数满足预设条件。

较佳地，所述根据所述智能天线的目标性能参数，对所述智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置，包括：

根据所述目标性能参数，查找波束赋形表，得到所述智能天线的波束赋形权值；

所述直至所述实测性能参数与所述目标性能参数满足预设条件之后，还包括：

确定所述目标性能参数和所述实测性能参数满足预设条件时对应的目标波束赋形权值，根据所述目标波束赋形权值更新所述波束赋形表。

较佳地，所述根据所述各测试信号得到所述智能天线的实测性能参数，包括：

对所述测试终端在各测试点接收到的测试信号进行分析，拟合出所述智能天线的天线方向图，所述天线方向图包括水平方向图和垂直方向图；

根据所述天线方向图，确定所述智能天线的所述实测性能参数。

较佳地，所述测试点根据所述智能天线的安装位置确定，包括：

确定所述智能天线的法线方向，将所述智能天线的安装位置对应的地平面位置确定为测试原点；

确定测试中间点，所述测试中间点为沿所述法线方向且与所述测试原点的距离为H/tan(θ)的测试点，θ为所述智能天线的下倾角，H为所述智能天线相对地平面的安装高度；

以所述测试中间点为垂直测试中间点，沿所述法线方向在所述垂直测试中间点的前后按照第一步长各选取若干个垂直测试点；

以所述测试原点为原点，以H/tan(θ)为半径，确定水平测试圆；以所述测试中间点为水平测试中间点，按照第二步长在所述水平测试圆上选取若干个水平测试点。

较佳地，所述实测性能参数包括以下任意之一或组合：

下倾角、水平主波束的波束宽度、垂直主波束的波束宽度、水平主波束的旁瓣抑制比、垂直主波束的旁瓣抑制比。

本发明实施例还提供一种智能天线性能测试及优化的装置，包括：

校准模块：用于对安装后的智能天线的各个通道进行校准；

设置模块：用于根据所述智能天线的目标性能参数，对所述智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置；

测试模块：用于获取测试终端在各测试点接收的测试信号，所述测试点根据所述智能天线的安装位置确定；

处理模块：根据所述各测试信号得到所述智能天线的实测性能参数；将所述目标性能参数和所述实测性能参数进行比较分析，根据比较结果调整所述智能天线的各个通道的波束赋形权值，返回测试模块执行获取测试终端在各测试点接收的测试信号的步骤，直至所述实测性能参数与所述目标性能参数满足预设条件。

较佳地，所述设置模块，具体用于：

根据所述目标性能参数，查找波束赋形表，得到所述智能天线的波束赋形权值；

所述处理模块，还用于：

确定所述目标性能参数和所述实测性能参数满足预设条件时对应的目标波束赋形权值，根据所述目标波束赋形权值更新所述波束赋形表。

较佳地，处理模块，具体用于：

对所述测试终端在各测试点接收到的测试信号进行分析，拟合出所述智能天线的天线方向图，所述天线方向图包括水平方向图和垂直方向图；

根据所述天线方向图，确定所述智能天线的所述实测性能参数。

较佳地，所述测试模块，还用于：

确定所述智能天线的法线方向，将所述智能天线的安装位置对应的地平面位置确定为测试原点；

确定测试中间点，所述测试中间点为沿所述法线方向且与所述测试原点的距离为H/tan(θ)的测试点，θ为所述智能天线的下倾角，H为所述智能天线相对地平面的安装高度；

以所述测试中间点为垂直测试中间点，沿所述法线方向在所述垂直测试中间点的前后按照第一步长各选取若干个垂直测试点；

以所述测试原点为原点，以H/tan(θ)为半径，确定水平测试圆；以所述测试中间点为水平测试中间点，按照第二步长在所述水平测试圆上选取若干个水平测试点。

较佳地，所述实测性能参数包括以下任意之一或组合：

下倾角、水平主波束的波束宽度、垂直主波束的波束宽度、水平主波束的旁瓣抑制比、垂直主波束的旁瓣抑制比。

本发明实施例提供一种智能天线性能测试及优化的方法及装置，首先对安装后的智能天线的各个通道进行校准；根据智能天线的目标性能参数，对智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置；然后获取测试终端在各测试点接收的测试信号，根据各测试信号得到智能天线的实测性能参数，将目标性能参数和实测性能参数进行比较分析，根据比较结果调整智能天线的各个通道的波束赋形权值。本发明实施例通过对波束赋形权值系数进行优化，准确获得了符合外场实际环境的波束赋形最优覆盖效果，减少了波束赋形优化测试的人工干预以及工程调试的工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种智能天线性能测试及优化的方法的流程示意图；

图2a为本发明实施例提供的一种测试终端的位置的示意图；

图2b为本发明实施例提供的另一种测试终端的位置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种波束赋形权值调整方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种智能天线性能测试及优化的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。通常智能天线包括实现信号空间过采样的天线阵、对各阵元输出进行加权合并的波束成型网络、重新合并权值的控制系统三个组成部分。在移动通信应用中，为便于分析、旁瓣控制和DOA(Direction Of Arrival，到达方向)估计，天线阵一般采用均匀线阵或均匀圆阵；此外，通过控制系统依据信号环境，选择规则和算法计算权值。

本发明实施例提供一种智能天线性能测试及优化的方法，如图1所示，为本发明实施例提供的一种智能天线性能测试及优化的方法流程示意图，包括：

步骤S101：对安装后的智能天线的各个通道进行校准。

具体地，首先需要选择待测智能天线的安装位置，然后进行基站固定和智能天线安装，安装模式可以包括水平和垂直两种模式，本发明实施例针对水平安装模式进行详细说明，垂直安装模式与此类似，在此不做赘述。

为了满足不同波束赋形方向测试点选择需求，安装位置的选点及高度保证智能天线覆盖空旷的测试区域，且待测区域内除测试终端外无其它终端，或其它终端处于待机无业务发起状态。

进一步地，为了保证待测智能天线的波束赋形权值系数有效，在智能天线安装后、配置波束赋形权值系数之前，需要对待测智能天线的所有射频通道收发链路进行通道校准，校准包括幅度和相位校准，通过校准可以检查各个射频通道的工作是否正常，以及确保所有通道之间的幅度和相位调整至目标性能指标范围内。

具体地，针对不同的待测智能天线应用系统制式和波束赋形性能指标要求，校准的方法选取也不同。对于窄带信号，校准待测智能天线各个通道的载波中心频点的信号幅度和相位保持一致；对于宽带信号，校准待测智能天线各个通道的载波在有效带宽内保持幅度和相位一致。通过多通道校准保证各个通道之间幅度和相位的一致性。

步骤S102：根据智能天线的目标性能参数，对智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置。

具体地，在对待测智能天线的所有射频通道进行通道校准之后，启动待测智能天线的波束赋形功能，然后根据智能天线的目标性能参数，对智能天线的各个通道进行波束赋形权值配置，并且保证每个通道的波束赋形权值可单独修改和生效。

进一步地，目标性能参数包括频点、目标下倾角、目标水平主波束的波束宽度、目标垂直主波束的波束宽度、目标水平主波束的旁瓣抑制比、目标垂直主波束的旁瓣抑制比等。具体地，根据目标性能参数中的频点和下倾角等参数，查找波束赋形表，得到智能天线的各个通道的波束赋形权值，并配置各个通道波束赋形权值生效。

需要说明的是，本发明实施例中可以通过基站的控制系统对智能天线的各个通道的波束赋形权值进行配置，也可以通过测试终端远程配置权值，在此不做限制。此外，通过网口和串口等方式可以读取、显示和监控各个通道波束赋形权值的生效和更改情况。

步骤S103：获取测试终端在各测试点接收的测试信号，所述测试点根据所述智能天线的安装位置确定。

其中，测试点根据智能天线的安装位置确定。按照测试波束方向的要求，在不同位置选取最优的测试点。如图2a和图2b所示，为本发明实施例一种测试终端的位置的示意图。

具体地，根据智能天线的安装位置，确定智能天线的法线方向A，如图2a中的A方向，将智能天线的安装位置对应的地平面位置确定为测试原点O。其中，θ为智能天线的下倾角，H为智能天线相对地平面的安装高度，则L表示H/tan(θ)。

进一步地，如图2a所示，首先确定测试中间点3，测试中间点3为沿法线A方向且与测试原点O的距离为L的测试点。然后，以测试中间点3为垂直测试中间点，沿法线A方向在垂直测试中间点3的前后按照第一设定步长各选取若干个垂直测试点，本实施例中选取1、2、4、5，即垂直测试点包括1、2、3、4、5五个测试点。其中，第一设定步长可以为1米，即每个垂直测试点的直线距离间隔为1米，此外也可以根据所选测场地环境对垂直测试点的位置和数量进行相应调整，在此不做限制。

进一步地，如图2b所示，以测试原点O为原点，以L为半径，确定水平测试圆；以测试中间点3为水平测试中间点，按照第二设定步长在水平测试圆上选取若干个水平测试点1’、2’、4’、5’，即水平测试点包括1’、2’、3、4’、5’五个测试点。需要说明的是，第二设定步长可以与第一设定步长相同，也可以与第二设定步长不同，具体地，第二设定步长也可以为1米，每个测试点的直线距离间隔为1米，此外也可以根据所选测场地环境对水平测试点的位置和数量进行相应调整，在此不做限制。

在确定垂直和水平测试点之后，基站通过待测智能天线发送测试信号至测试终端，测试信号可以为参考信号或业务信号，通过移动终端先后在各测试点接收测试信号。

步骤S104：根据各测试信号得到智能天线的实测性能参数。

具体地址，根据测试终端在各个测试点接收到的测试信号进行分析。例如，接收到测量报告(MR，Measurement Report)，根据信号功率、数据传输速率、SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)等性能，可以通过预设的采集软件拟合出智能天线的天线方向图，包括水平方向图和垂直方向图。

然后，根据天线方向图得到智能天线的实测性能参数，具体实测性能参数包括但不限于实测下倾角、实测水平主波束的波束宽度、实测垂直主波束的波束宽度、实测水平主波束的旁瓣抑制比、实测垂直主波束的旁瓣抑制比等。

步骤S105：将所述目标性能参数和所述实测性能参数进行比较分析，根据比较结果调整所述智能天线的各个通道的波束赋形权值。

进一步地，在步骤S105之后，需返回步骤S103重新获取测试终端在各测试点接收的测试信号，直至所述实测性能参数与所述目标性能参数满足预设条件。

具体的，将实测性能参数与目标性能参数对比，根据未达标的性能参数对各个通道赋形权值系数参数进行优化调整。下面以5个通道的智能天线为例，对本发明实施例提供的波束赋形权值调整方法进行详细说明。如图3所示，为本发明实施例提供的一种波束赋形权值调整方法流程示意图，包括：

步骤S301：优化主波束的下倾角。

若实测下倾角大于目标下倾角，则表示下倾角度值需要减小。假设待测智能天线的第1通道至第5通道对应的初始相位权值系数为W1、W2、W3、W4、W5，则可以将W1调整更新为(W1-2θ)，将W2调整更新为(W2-θ)，将W4调整更新为(W4+θ)，将W5调整更新为(W5+2θ)。其中，θ为整数，θ的具体取值可以根据实测下倾角与目标下倾角的差值大小，结合多次测试以及经验确定，在此不做限定。

相应地，若实测下倾角小于目标下倾角，则表示下倾角度值需要增大，则可以将W1调整更新为(W1+2θ)，将W2调整更新为(W2+θ)，将W4调整更新为(W4-θ)，将W5调整更新为(W5-2θ)。其中，θ为整数，θ的具体取值可以根据实测下倾角与目标下倾角的差值大小，结合多次测试以及经验确定，在此不做限定。

对于主波束的下倾角，为了提高测试效率，得到更好的测试效果，一般同时调整智能天线多个通道的权值，也可以单个通道进行调整，在此不做限制。假设调整第一次优化后待测智能天线的第1通道至第5通道的相位权值为W11，W12，W13，W14，W15。

步骤S302：优化主波束的波束宽度。

具体地址，为了提高测试效率，得到更好的测试效果，在调整优化后相位权值W11，W12，W13，W14，W15的基础上，通过调整单个通道的波束赋形相位权值，获得最优的波束宽度，即每次调整单个通道的波束赋形相位权值，其他通道的波束赋形权值固定不变。具体调整的相位值大小不限于可以根据实测主波束的波束宽度与目标主波束的波束宽度的差值大小，结合多次测试以及经验确定，在此不做限定。

例如，通过大步径δ＝90°，仅调整第1通道、第2通道、第4通道以及第5通道中的任一通道的相位权值，假设得到第二次优化后待测智能天线的第1通道至第5通道的相位权值为W21，W22，W23，W24，W25。

步骤S303：优化主波束的旁瓣抑制。

具体地，为了提高测试效率，得到更好的测试效果，在调整优化后相位权值W21，W22，W23，W24，W25的基础上，通过调整单个通道的波束赋形相位权值，获得最优的主波束的旁瓣抑制，即每次调整单个通道的波束赋形相位权值，其他通道的波束赋形权值固定不变。具体调整的相位值大小不限于可以根据实测主波束的旁瓣抑制与目标主波束的旁瓣抑制的差值大小，结合多次测试以及经验确定，在此不做限定。假设得到第三次优化后待测智能天线的第1通道至第5通道的相位权值为W31，W32，W33，W34，W35。

进一步地，针对5个通道中的任一通道，每次调整权值加10°或者减10°，则得到2*5＝10组测试案例，记录下每组测试案例的主波束旁瓣抑制性能；从10组测试案例中，选择N组旁瓣抑制性能优化效果最佳的，然后进行旁瓣抑制性能最优结果搜索，得到最优旁瓣抑制性能。

需要说明的是，上述方法不仅局限于5个通道的智能天线的波束赋形相位权值调整，也可以应用于若干个通道的智能天线波束赋形相位权值调整，在此不做限制。此外，本发明实施例不限于针对以上三个性能参数对智能天线波束赋形相位权值进行调整，针对其它参数也可以对波束赋形相位权值进行调整，在此不限制。

在得到最终优化后的待测智能天线的波束赋形权值后，通过测试终端远程连接方式调整配置各个通道波束赋形权值系数。此外，也可以通过基站的控制系统对智能天线的各个通道的波束赋形权值进行配置，在此不做限制。在权值配置之后可以通过网口和串口等方式可以读取、显示和监控各个通道波束赋形权值的生效和更改情况。

例如，通过测试终端远程配置待测智能天线第1通道至第5通道的波束赋形相位权值系数W31，W32，W33，W34，W35，并在通过串口读取、显示和监控各个通道波束赋形权值的生效和更改情况。

需要说明的是，步骤105之后，需要返回步骤103获取测试终端在各测试点接收的测试信号的步骤，直至实测性能参数与目标性能参数满足预设条件，则测试结束，记录此时的目标波束赋形权值，根据目标波束赋形权值更新波束赋形表，为实际应用时提供准确的符合外场环境的波束赋形最优覆盖效果。

例如，经过多次调整波束赋形权值并测试后，得到实测性能参数与目标性能参数接近一致或差值在预设范围，则测试结束，记录测智能天线第1通道至第5通道的波束赋形相位权值系数W41，W42，W43，W44，W45，则将波束赋形表中初始的权值系数W1，W2，W3，W4，W5更新为W41，W42，W43，W44，W45。

本发明实施例提供一种智能天线性能测试及优化的方法，首先对安装后的智能天线的各个通道进行校准；根据智能天线的目标性能参数，对智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置；然后获取测试终端在各测试点接收的测试信号，根据各测试信号得到智能天线的实测性能参数，将目标性能参数和实测性能参数进行比较分析，根据比较结果调整智能天线的各个通道的波束赋形权值。本发明实施例通过对波束赋形权值系数进行优化，准确获得了符合外场实际环境的波束赋形最优覆盖效果，减少了波束赋形优化测试的人工干预以及工程调试的工作量。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种智能天线性能测试及优化的装置，如图4所示，为本发明实施例提供的一种智能天线性能测试及优化的装置结构示意图，包括：

校准模块401：用于对安装后的智能天线的各个通道进行校准；

设置模块402：用于根据所述智能天线的目标性能参数，对所述智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置；

测试模块403：用于获取测试终端在各测试点接收的测试信号，所述测试点根据所述智能天线的安装位置确定；

处理模块404：根据所述各测试信号得到所述智能天线的实测性能参数；将所述目标性能参数和所述实测性能参数进行比较分析，根据比较结果调整所述智能天线的各个通道的波束赋形权值，返回测试模块执行获取测试终端在各测试点接收的测试信号的步骤，直至所述实测性能参数与所述目标性能参数满足预设条件。

较佳地，所述设置模块402，具体用于：

根据所述目标性能参数，查找波束赋形表，得到所述智能天线的波束赋形权值；

所述处理模块404，还用于：

确定所述目标性能参数和所述实测性能参数满足预设条件时对应的目标波束赋形权值，根据所述目标波束赋形权值更新所述波束赋形表。

较佳地，处理模块404，具体用于：

对所述测试终端在各测试点接收到的测试信号进行分析，拟合出所述智能天线的天线方向图，所述天线方向图包括水平方向图和垂直方向图；

根据所述天线方向图，确定所述智能天线的所述实测性能参数。

较佳地，所述测试模块403，还用于：

确定所述智能天线的法线方向，将所述智能天线的安装位置对应的地平面位置确定为测试原点；

确定测试中间点，所述测试中间点为沿所述法线方向且与所述测试原点的距离为H/tan(θ)的测试点，θ为所述智能天线的下倾角，H为所述智能天线相对地平面的安装高度；

以所述测试中间点为垂直测试中间点，沿所述法线方向在所述垂直测试中间点的前后按照第一步长各选取若干个垂直测试点；

以所述测试原点为原点，以H/tan(θ)为半径，确定水平测试圆；以所述测试中间点为水平测试中间点，按照第二步长在所述水平测试圆上选取若干个水平测试点。

较佳地，所述实测性能参数包括以下任意之一或组合：

下倾角、水平主波束的波束宽度、垂直主波束的波束宽度、水平主波束的旁瓣抑制比、垂直主波束的旁瓣抑制比。

本发明实施例提供一种智能天线性能测试及优化的装置，首先对安装后的智能天线的各个通道进行校准；根据智能天线的目标性能参数，对智能天线的各个通道进行波束赋形权值设置；然后获取测试终端在各测试点接收的测试信号，根据各测试信号得到智能天线的实测性能参数，将目标性能参数和实测性能参数进行比较分析，根据比较结果调整智能天线的各个通道的波束赋形权值。本发明实施例通过对波束赋形权值系数进行优化，准确获得了符合外场实际环境的波束赋形最优覆盖效果，减少了波束赋形优化测试的人工干预以及工程调试的工作量。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的系统。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令系统的制造品，该指令系统实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。